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Übertragungstechnologie Was ist Remote Direct Memory Access (RDMA)?

Von Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber 2 min Lesedauer

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FAST LTA GmbH

Remote Direct Memory Access überträgt Daten aus dem Arbeitsspeicher eines Rechners über ein Netzwerk in den Arbeitsspeicher eines anderen Rechners, ohne Beteiligung der CPUs, Caches oder Betriebssysteme der Rechner. Mit RDMA lassen sich hohe Übertragungsraten bei niedrigen Latenzzeiten realisieren. Sinnvoll ist der Einsatz beispielsweise für das High-Performance-Computing oder für Speichernetzwerke.

RDMA ermöglicht hohe Übertragungsraten bei niedrigen Latenzzeiten und wird deshalb beispielsweise beim High-Performance-Computing genutzt.(Bild: Midjourney / KI-generiert)
RDMA ermöglicht hohe Übertragungsraten bei niedrigen Latenzzeiten und wird deshalb beispielsweise beim High-Performance-Computing genutzt.
(Bild: Midjourney / KI-generiert)

Remote Direct Memory Access, abgekürzt RDMA, ist der Name einer Technologie zur Übertragung von Daten im Hauptspeicher von Computern über ein Netzwerk. Die Daten lassen sich dank RDMA übertragen, ohne die CPUs, Caches oder Betriebssysteme der beiden Computer damit zu belasten. Dadurch werden Bearbeitungszeiten eingespart und mögliche Engpässe vermieden. Es werden Datenübertragungen mit sehr hohem Durchsatz und extrem niedrigen Latenzzeiten möglich.

RDMA greift auf spezielle Funktionen der Netzwerkkarten zurück und ist mit verschiedenen Netzwerktechnologien und Netzwerkprotokollen kompatibel. An der Entwicklung von Remote Direct Memory Access waren maßgeblich das RDMA Consortium und die DAT Collaborative beteiligt. Zahlreiche Hard- und Softwarehersteller bieten entsprechende Produkte mit RDMA-Unterstützung an. Auch Betriebssysteme wie Windows oder Linux und Hypervisoren wie VMware ESXi unterstützen RDMA.

Prinzipielle Funktionsweise von RDMA und verwendete Netzwerktechnologien und -protokolle

RDMA benötigt spezielle Netzwerkkarten, die diese Technologie unterstützen. Sie werden auch als RNICs (RDMA-enabled Network-Interface-Cards) bezeichnet. In den Karten ist eine Hardwareunterstützung für bestimmte Netzwerk- und Transportprotokolle implementiert. Die Karten nutzen das sogenannte Zero-Copy-Networking. Es handelt sich dabei um eine Funktion, bei der die Netzwerkkarte die Daten direkt von der Netzwerkverbindung in den Anwendungsspeicher oder vom Anwendungsspeicher direkt auf die Netzwerkverbindung überträgt und dabei die Caches des Betriebssystems übergeht. Da der Datenaustausch von der Netzwerkkarte und nicht über Lese- und Schreiboperationen des Betriebssystems gesteuert ist, ist auch die CPU des Rechners nicht involviert.

Auf Netzwerkebene unterstützt RDMA verschiedene Technologien und Transportprotokolle wie TCP, UDP, Ethernet oder InfiniBand. Neben der nativen InfiniBand-Unterstützung existieren für TCP, UDP und Ethernet spezielle RDMA-Implementierungen wie RoCE (RDMA over Converged Ethernet), UDP-basiertes RoCE oder iWARP (Internet Wide Area RDMA Protocol). RDMA kommt in Form von NVMe over RDMA auch für Flash-basierten Storage und NVMe over Fabrics zum Einsatz.

Typische Einsatzbereiche von Remote Direct Memory Access

Der Einsatz von RDMA ist prädestiniert für Anwendungen, in denen große Datenmengen in verteilten Computing-Umgebungen mit hoher Geschwindigkeit ausgetauscht und verarbeitet werden müssen. Typische Einsatzbereiche von Remote Direct Memory Access sind zum Beispiel:

  • High-Performance-Computing (HPC), Supercomputer und Compute-Cluster,
  • Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen,
  • Big-Data-Analysen,
  • Speichernetzwerke.

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